[發明專利]一種表征環氧樹脂復合材料界面機理的方法

有效

• 申請號: 200910071391.5
• 申請日: 2009-02-10
• 公開（公告）號: CN101487832A
• 公開（公告）日: 2009-07-22
• 發明（設計）人: 賈近;黃玉東;劉亞維;張紅星
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00;G06F17/50
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所
• 代理人: 單 軍

技術領域

本發明涉及一種表征樹脂復合材料界面機理的方法。

背景技術

樹脂復合材料界面是極為重要的微結構，作為增強體與基體連接的“橋 梁”，它直接影響復合材料纖維與基體之間應力的傳遞與分散，從而影響復合 材料的偏軸性能；界面的性能還會影響復合材料內部的損傷積累與裂紋傳播歷 程，從而影響復合材料的斷裂韌性；而且界面對復合材料的耐環境穩定性也有 一定的影響。

目前仍尚未對界面的作用機理得出統一的認識，尤其是對界面化學反應、 界面應力、界面相微觀結構、界面微觀性能等特性與復合材料宏觀整體性能之 間的關聯尚未確立，存在許多亟待澄清和解決的科學問題。從界面理論研究的 角度而言其難點主要在于以下兩個方面：第一，缺乏可控、穩定的表面活化方 法，導致所形成的纖維表面官能團(包括雜質)的數量和分布存在分散性、無 規性和隨機性，各種官能團、表面形貌、界面作用(包括化學反應)復雜；第二， 缺乏有效的、模型化的、界面相定向有序的組裝與控制方法，從而導致界面相 自身的復雜多變性。

近幾年發展起來的分子自組裝成膜技術為復合材料界面優化提供了新的 途徑。分子自組裝膜(Self-assembled?monolayers，簡稱SAMs)能在材料表面形 成非常穩定而有序的結構，目前已廣泛用于生物化學傳感器、非線性光學材料、 表面潤濕、潤滑、粘附等領域。其中，Au(111)表面吸附烷基硫醇分子，因其 金表面狀態的穩定性、Au-S鍵結合牢固、反應條件易于控制以及膜的有序性 高等特點，已成為人們研究界面現象的理想模型體系。

在樹脂基體中環氧樹脂的應用最為廣泛和普遍，所以環氧樹脂復合材料最 具有代表性。目前采用分子自組裝膜技術研究環氧樹脂復合材料界面現象，仍 然因自組裝分子結構尺寸太小(納米級)存在技術要求高，以及用Au元素構 建實驗成本高，實驗的效果不穩定等問題。

發明內容

本發明的目的是為了解決目前采用分子自組裝膜技術研究環氧樹脂復合 材料界面現象存在技術要求高，以及用Au元素構建實驗成本高，實驗的效果 不穩定等問題，而提供的一種表征環氧樹脂復合材料界面機理的方法。

表征環氧樹脂復合材料界面機理的方法按以下步驟實施：一、建立Au(111) 表面模型，再根據密度泛函理論及分子動力學方法計算硫醇分子在Au表面自 組裝的吸附結構，并確定結構參數，模擬得到自組裝模型化體系；二、在自組 裝模型化體系表面加上環氧樹脂層，建立模型化體系與環氧樹脂的界面結構； 三、采用分子動力學方法對界面結構進行計算，評價不同官能團、不同鏈長對 環氧樹脂復合材料界面性能的影響。

本發明在實驗的基礎上通過基本原理構筑起一套模型與算法，并利用其計 算出合理的分子結構與分子行為。本發明將有序可控的分子自組裝技術引入到 環氧樹脂復合材料界面。采用分子自組裝研究中的模型化體系[SAMs/Au(111) 體系]，通過計算機分子模擬技術在分子水平上探討SAMs/Au(111)與環氧樹脂 之間的界面作用規律。

本發明方法簡單易行，不必實際操作，無操作技術要求；而且不必用Au 元素實際實驗，可節省大量研究經費，并且實驗效果穩定可靠，能夠大幅縮減 實驗時間和周期，對之后的復合材料界面研究具有指導意義。

附圖說明